计算机控制实验报告-离散化方法研究
计算机控制技术第7章 数字控制器的离散化设计方法
若 Z f (t) F(z)
则 lim f (t) lim(z 1)F(z)
t
z 1
表7-2 Z变换重要性质
名称
性
质
（7-16）
线性定理
Z[a1 f1(t) a2 f2(t)] a1F1(z) a2F2(z)
2
延迟定理
3
超前定理
4
复位移定理
5
复微分定理
6
初值定理
7
终值定理
在图7-1中 ， f(t)与g(t) 是两个不同的连续函数，但是由于f*(t) 和 g*(t)相等，所以F(z) 等于G(z) 。
f (t) g(t)
f (t)
g (t )
0
T
2T
3T
t
图7-1 采样值相同的两个不同的连续函数
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第7章 数字控制器的离散化设计方法
例7-1 求单位阶跃函数1(t)的Z变换。
如图7-2（a）所示。
r(t)
c(t)
(s )
r(k)
c(k)
(s )
（a）
图7-2 连续系统和离散系统
（b）
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第7章 数字控制器的离散化设计方法
即 代入式(7-17)，即得
dc(t) c(k 1) c(k)
dt
T
T0 [c(k 1) c(k)] c(k) Kr(k)
T
或
c(k 1) (1 T )c(k) K T r(k)
C(z, m) E(z)D(z)G(z, m)
[R(z) C(z, m)]D(z)G(z, m)
所以
(z, m) D(z)G(z, m)
1 D(z)G(z, m)
离散化方法研究实验含仿真图
实验三离散化方法研究一、实验目的1．学习并掌握数字控制器的设计方法；2．熟悉将模拟控制器D(S)离散为数字控制器的原理与方法；3．通过数模混合实验，对D(S)的多种离散化方法作比较研究，并对D(S)离散化前后闭环系统的性能进行比较，以加深对计算机控制系统的理解。
二、实验设备1．THBDC-1型控制理论·计算机控制技术实验平台2．THBXD数据采集卡一块(含37芯通信线、16芯排线和USB电缆线各1根)3．PC机1台(含软件“THBDC-1”)三、实验内容1．按连续系统的要求，照图3-1的方案设计一个与被控对象串联的模拟控制器D(S)，并用示波器观测系统的动态特性。
2．利用实验平台，设计一个数－模混合仿真的计算机控制系统，并利用D(S)离散化后所编写的程序对系统进行控制。
3．研究采样周期T S变化时，不同离散化的方法对闭环控制系统性能的影响。
4．对上述连续系统和计算机控制系统的动态性能作比较研究。
四、实验原理由于计算机的发展，计算机及其相应的信号变换装置（A/D和D/A）取代了常规的模拟控制。
在对原有的连续控制系统进行改造时，最方便的办法是将原来的模拟控制器离散化，其实质是将数字控制部分（A/D、计算机和D/A）看成一个整体，它的输入与输出都是模拟量，因而可等效于一个连续的传递函数D(S)。
这样，计算机控制系统可近似地视为以D(S)为控制器的连续控制系统。
下面以一个具体的二阶系统来说明D(S)控制器的离散化方法。
1．二阶系统的原理框图如图3-1所示。
图3-1 二阶对象的方框图图3-2 二阶对象的模拟电路图2．系统性能指标要求系统的速度误差系数 1/s ，超调量，系统的调整时间s据K v要求可得：令，则校正后的开环传递函数为由上式得，，取，则所以校正后系统的模拟电路图如下图所示。
图3-3 校正后二阶系统的模拟电路图，，为使校正后的，要求对象K由5增至10。
，，（实际可取200K电阻），3．的离散化算法图3-4 数—模混合控制的方框图图3-3中的离散化可通过数据采集卡的采样开关来实现。
计算机控制系统经典设计方法——模拟控制器的离散化方法
模拟控制器的离散化方法（续五）
一阶后向差分:
D( z ) D( s )
1 z 1 s T
U ( s) 1 D( s ) E ( s) s
u (kT ) u[(k 1)T ] Te(k )
一阶向后差分的s与z替换关系是 z变量与s变量关系的一种近似
图7-22 后向差分矩形积分法
模拟控制器的离散化方法（续二）
2. 加零阶保持器的Z变换法（阶跃响应不变法或保持Z变换法）
基本思想：用零阶保持器与模拟控制器相串连，然后再进行Z变换离散化成数字控 制器。要求脉冲传递函数和连续传递函数的单位阶跃输出响应在采样时刻相等。
-
图7-21 阶跃响应不变法
1 1 G (s) Z G ( s ) D( z ) (1 - z -1 ) Z 1 - z -1 s s 1 e Ts 或者D( z ) Z G ( s) s D( z )
s与z的关系是双线性函数，即
s
2 z 1 2 1 z T z 1 T 1 z 1
1
T s 2 z T 1 s 2 1
模拟控制器的离散化方法（续十一）
双线性变换法 特点及应用
D(s)稳定，D(z) 一定稳定； 双线性变换是一对一映射，保证了离散频率特性不产生频 率混叠现象，但产生了频率畸变（见图7-28）； 双线性变换后稳态增益不变； 比较适合工程上应用的一种方法； 由于高频特性失真严重，主要用于低通环节的离散化。
【答案】
aT D( z ) 1 1 aT z
例7.8 已知模拟控制器D(s)=a/(s+a)，用前向差分求数字控制器D(z)。 【答案】
aT D( z ) z (aT 1)
计算机控制06离散化设计与连续化设计方法
计算机控制06离散化设计与连续化设计方法离散化设计方法是指将连续系统离散化为离散系统的设计方法。
在离散化设计中，连续系统的时间和状态被离散化成一系列离散时间和状态。
离散化设计的基本原理是将连续时间转换为离散时间，将连续状态转换为离散状态。
离散化设计的方法主要包括离散化采样和离散化控制。
离散化采样是指将连续时间变量转换为离散时间变量的方法。
常见的采样方式有周期采样和非周期采样。
周期采样是指以固定时间间隔对连续时间进行采样，而非周期采样是指根据需要对连续时间进行不规则的采样。
离散化采样的目的是为了得到连续系统在离散时间点上的状态。
离散化控制是指将连续控制转换为离散控制的方法。
离散化控制的关键是将连续时间域的控制器转换为离散时间域的控制器，以实现对离散系统的控制。
离散化控制的常用方法包括脉冲响应、零阶保持和减少模型等。
离散化设计方法在很多领域都有应用。
在工业领域，离散化设计可以应用于过程控制系统、机器人控制系统和自动化生产线等。
在交通系统中，离散化设计可以应用于交通信号控制系统和车辆路线规划等。
在电力系统中，离散化设计可以应用于电力系统调度和电网控制等。
离散化设计方法可以提高系统的控制性能和稳定性，并且可以减少系统的复杂度和计算量。
连续化设计方法是指将离散系统连续化的设计方法。
在连续化设计中，离散系统的时间和状态被连续化为连续时间和状态。
连续化设计的基本原理是将离散时间转换为连续时间，将离散状态转换为连续状态。
连续化设计的方法主要包括插值方法和逼近方法。
插值方法是指根据已有离散数据点的值，通过插值技术推导出在两个离散数据点之间的连续数据点的值。
插值方法的常见技术有线性插值、多项式插值和样条插值等。
插值方法的目的是为了得到在离散系统状态之间的连续状态。
逼近方法是指通过逼近离散时间的函数来表示离散状态之间的连续状态。
逼近方法的常见技术有函数逼近、泰勒展开和傅里叶级数展开等。
逼近方法的目的是为了得到在离散系统状态之间的连续时间。
计控实验二-连续系统变换为离散系统
实验二 连续系统变换为离散系统一、实验目的在对连续系统进行实时计算机控制时,往往需要把连续系统转换成离散系统。
二、实验指导为了得到连续系统的离散化数学模型，Ｍatlab 提供了c2ｄ()函数。
ｃ2d(）函数的调用格式为：ﻩ ﻩsys ｄ=ｃ2d （sys,Ts) 或ﻩﻩﻩ ﻩ sysd=c2d(ｓｙs,Ts,metho ｄ)式中,输入参量s ｙs 为连续时间模型对象；Ts 为采样周期;ｓｙｓｄ为带采样时间T ｓ的离散时间模型。
Meth ｏd 用来指定离散化采用的方法：ﻩ‘zoh ’——采用零阶保持器法；ﻩﻩ‘foh ’——采用一阶保持器法；ﻩ ‘tusti ｎ’——采用双线性变换法;‘pr ｅwarp ’——采用改进的双线性变换法；ﻩ‘ma ｔche ｄ’——采用零极点匹配法；缺省时,为‘ｚoh ’三、实验内容1.已知连续系统的零极点增益模型为：ﻩ ﻩ ﻩ试采用零阶保持器与零极点匹配法求其离散传递函数。
设采样周期。
程序及结果：＞> k=10,z=-５,p=［－1 －3 -8];ｓｙs = z ｐｋ ( z ，ｐ,k ）sys =１0 (s+5）----－－--－--－--－－-(s ＋1) （ｓ+３) (s+8)Ｃo ｎt ｉｎuou ｓ-ｔime ze ｒｏ/p ｏle/g ａin mod ｅl ．>> Ts=０．1Ｔs =0.1000>> sysd=c2ｄ(sys,Ｔs,'z ｏｈ'） )8)(3)(1()5(10)(++++=s s s s s G s T 1.0=sysd =0.04010５ (z －0.60６5） (z+0.79３2)--－------－---－－-－-－－---－-－-－-－--（z -0.9048） (ｚ-０.7４０8) (ｚ－0．449３）Sa ｍple tim ｅ: 0．1 ｓec ｏn ｄsDi ｓcr ｅte －t ｉme ｚer ｏ/ｐole/gain ｍodel.＞> sys ｄ=c2d （sys,Ts,＇matc ｈｅd')ｓys ｄ =0.03５9５7 (ｚ-0．60６5) (z+1）-－－--－---－-----------－------－-－-(z -０.９048) （ｚ－０．7４08) （z －０.449３)Sample ｔime: ０．1 ｓｅｃo ｎｄsDiscrete -t ｉme zer ｏ/pole ／ｇai ｎ ｍode ｌ.２、已知系统如图1所示，被控对象 G h （s)为零阶保持器,图１（1） 若其控制器按模拟化设计方法设计，其系统框图如图2，得到的传递函数为)110(1)()()(+==s s s U s s G a θ1110)(++=s s s D试分别采用零阶保持器、双线性变换法、零极点匹配法进行控制器离散化，求系统的阶跃响应曲线和误差曲线，并与连续系统的阶跃响应曲线进行比较。
计算机控制实验报告
计算机控制实验报告实验二数字PID 控制一、实验原理及算法说明：计算机控制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量。
因此连续PID 控制算法不能直接使用，需要采用离散化方法。
在计算机PID 控制中，使用的是数字PID 控制器。
按模拟PID 控制算法，以一系列的采样时刻点kT 代表连续时间t ，以矩形法数值积分近似代替积分，以一阶后向差分近似代替微分，可得离散PID 位置式表达式：∑∑==--++=??--++=kj di p kj DI p Tk e k e k T j e k k e k k e k e T T j e T Tk e k k u 0)1()()()())1()(()()()(式中，D p d Ip i T k k T k k ==,，e 为误差信号，u 为控制信号。
二、实验内容：1、连续系统的数字PID 控制仿真连续系统的数字PID 控制可实现D/A 及A/D 的功能，符合数字实时控制的真实情况，计算机及DSP 的实时PID 控制都属于这种情况。
设被控对象为一个电机模型传递函数BsJss G +=21)(，式中J=0.0067,B=0.1。
输入信号为)2sin(5.0t π，采用PD 控制，其中5.0,20==d p k k 。
采用ODE45方法求解连续被控对象方程。
因为BsJss U s Y s G +==21)()()(，所以u dtdy Bdty d J=+22，另yy y y ==2,1，则??+-==/J )*u ((B /J )y y y y 12221经过编程实现的结果如下：00.20.40.60.81 1.2 1.4 1.6 1.82-0.8-0.6-0.4-0.20.20.40.6time(s)r i n ,y o u t00.20.40.60.81 1.2 1.4 1.6 1.82 -0.02-0.010.010.020.030.04time(s)e r r o r2、被控对象是一个三阶传递函数ss s 1047035.8752350023++，采用Simulink 与m 文件相结合的形式，利用ODE45方法求解连续对象方程，主程序由Simulink 模块实现，控制器由m 文件实现。
计算机控制技术01-实验二 离散控制系统的性能分析(时域频域)_实验指导书
实验二离散控制系统的性能分析（时域/频域）一、实验目的：1.掌握离散闭环系统的动态性能时域参数的分析与计算方法；2.掌握离散系统稳定性的频域典型参数分析与计算方法。
二、实验工具：1.MATLAB 软件（6.5 以上版本）；2.每人计算机一台。
三、实验内容：1.在Matlab 语言平台上，通过给定的闭环离散系统，深刻理解时域参数的物理意义与计算方法，内容包括如下：●阻尼比参数分析：Z平面与S 平面的极点相互转换编程实现；分析S/Z 两个平面域特殊特性（水平线、垂直线、斜线、圆周等）的极点轨迹相互映射方法；●系统阶跃响应参数：上升时间和超调量等。
2.采用频域分析方法，通过编程计算，进一步理解离散系统的稳定性参数，包括如下：●通过幅频图，进行增益裕度分析；●通过相频图，进行相位裕度分析。
四、实验步骤：% script2%Suppose that pole eq. is s=real(s)+j*imag(s) in s plane;% thus s=abs(s)*exp(j*angle(s)).%Assume that pole eq. is z=real(z)+j*imag(z) in z plane；%Thus z=abs(z)*exp(j*angle(z)).%Consequence is gotten as follows:% abs(z)*exp(j*angle(z))=exp((real(s)+j*imag(s))*ts)% =exp(real(s)*ts)*exp(j*imag(s)*ts)% abs(z)=exp(real(s)*ts),thus, real(s)=log(abs(z))/ts;% angle(z)=imag(s)*ts, thus, imag(s)=angle(z)/ts;% Assume that damp ratio is cos(theta), theta=arctan(-imag(s)/real(s));% thus in z plane, damp ratio = cos(arctan(-angle(z)/log(abs(z))))% sys_ta:% R(z)------/ -kz----/ ---->--zoh-->----gplant---> ----- Y(z)% l l% l-----------------------< < ------------------------- l%Example 1 Damping ratio computationts=0.1;gp=tf(1,[1 1 0])gz=c2d(gp,ts,'zoh')kz=tf(5*[1,-0.9],[1 -0.7],ts);sys_ta=feedback(gz*kz,1,-1)p=pole(sys_ta)π/T0.9π/T radii=abs(p);angl=angle(p)damp(sys_ta)real_s=log(radii)/tsimg_s=angl/tszeta=cos(atan(-img_s./real_s))wn=sqrt(real_s.^2+img_s.^2)%Example 2 Mapping of horizontal s-plane line to z-planexx=[0:0.05:1]'N=length(xx)s0=-xx*35;s=s0*[1 1 1 1 1]+j*ones(N,1)*[0,0.25,0.5,0.75,1]*pi/tsplot(real(s(:,1)),imag(s(:,1)),'-o',real(s(:,2)),imag(s(:,2)),'-s',...real(s(:,3)),imag(s(:,3)),'-^',real(s(:,4)),imag(s(:,4)),'-*',...real(s(:,5)),imag(s(:,5)),'-v'),sgridz=exp(s*ts)plot(real(z(:,1)),imag(z(:,1)),'-o',real(z(:,2)),imag(z(:,2)),'-s',...real(z(:,3)),imag(z(:,3)),'-^',real(z(:,4)),imag(z(:,4)),'-*',...real(z(:,5)),imag(z(:,5)),'-v'),zgrid3530 0.762520 0.860.64 0.5 0.34 0.1630 25 201515 0.9410 100.985 5 50 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 010.80.7π/T 0.6π/T 0.5π/T 0.4π/T 0.10.3π/T 0.2 0.6 0.4 0.20.8π/T 0.9π/T 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.2π/T 0.1π/T0 π/T-0.2-0.4-0.6 -0.8 -1 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1%Example 3 Mapping of vertical s-plane line to z-plane0.6π/T 0.5π/T0.4π/T 0.3π/T 0.7π/T0.2π/T 0.8π/T0.1π/Ts0=j*xx*pi/ts;s=ones(N,1)*[0,-5,-10,-20,-30]+s0*[1 1 1 1 1]plot(real(s(:,1)),imag(s(:,1)),'-o',real(s(:,2)),imag(s(:,2)),'-s',...real(s(:,3)),imag(s(:,3)),'-^',real(s(:,4)),imag(s(:,4)),'-*',...real(s(:,5)),imag(s(:,5)),'-v'),sgridz=exp(s*ts)plot(real(z(:,1)),imag(z(:,1)),'-o',real(z(:,2)),imag(z(:,2)),'-s',...real(z(:,3)),imag(z(:,3)),'-^',real(z(:,4)),imag(z(:,4)),'-*',...real(z(:,5)),imag(z(:,5)),'-v'),zgrid35300.72250.580.44 0.3 0.14302520 0.82201515 0.9210 100.98 550 -30 -25 -20 -15 -10 -5 010.8 0.6 0.4 0.2-0.2-0.4-0.6 -0.8 -1 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1%Example 4 Mapping of constant damping ratio s-plane lines into z-planes=s0*[1 1 1 1]-imag(s0)*[0,1/tan(67.5*pi/180),...1/tan(45*pi/180),1/tan(22.5*pi/180)]s=[s,real(s(:,4))];plot(real(s(:,1)),imag(s(:,1)),'-o',real(s(:,2)),imag(s(:,2)),'-s',...real(s(:,3)),imag(s(:,3)),'-^',real(s(:,4)),imag(s(:,4)),'-*',...real(s(:,5)),imag(s(:,5)),'-v'),sgridz=exp(s*ts)plot(real(z(:,1)),imag(z(:,1)),'-o',real(z(:,2)),imag(z(:,2)),'-s',...real(z(:,3)),imag(z(:,3)),'-^',real(z(:,4)),imag(z(:,4)),'-*',...real(z(:,5)),imag(z(:,5)),'-v'),zgrid0.6π/T 0.5π/T 0.4π/T 0.7π/T0.8π/T 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.10.3π/T 0.2π/T 0.9π/T0.1π/Tπ/T π/T0.9π/T 0.1π/T 0.8π/T0.2π/T 0.7π/T0.3π/T 0.6π/T 0.5π/T0.4π/T35 0.88 0.8 0.62 0.3530 0.9352520 0.968150.988100.99750 70 60 50 40 30 20 10 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 010.8 0.6 0.4 0.2-0.2-0.4-0.6 -0.8 -1 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1%Example 5 Mapping of circle s-plane line to z-planephi=xx*pi/2s0=(pi/ts)*(-cos(phi)+j*sin(phi))s=s0*[1,0.75,0.5,0.25,0]plot(real(s(:,1)),imag(s(:,1)),'-o',real(s(:,2)),imag(s(:,2)),'-s',...real(s(:,3)),imag(s(:,3)),'-^',real(s(:,4)),imag(s(:,4)),'-*',...real(s(:,5)),imag(s(:,5)),'-v'),sgridz=exp(s*ts)plot(real(z(:,1)),imag(z(:,1)),'-o',real(z(:,2)),imag(z(:,2)),'-s',...real(z(:,3)),imag(z(:,3)),'-^',real(z(:,4)),imag(z(:,4)),'-*',...real(z(:,5)),imag(z(:,5)),'-v')0.6π/T 0.5π/T 0.4π/T 0.7π/T0.8π/T 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.10.3π/T 0.2π/T 0.9π/T0.1π/Tπ/T π/T0.9π/T 0.1π/T 0.8π/T0.2π/T 0.7π/T0.3π/T 0.6π/T 0.5π/T0.4π/T3530 2520151050 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 010.8 0.6 0.4 0.2-0.2-0.4-0.6 -0.8 -1 -1-0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1%Example 6 Step response measurek=[0:1:60];Step Response1.41.210.80.60.40.2step(sys_ta,k*ts)0 0 1 2 34 5 6 Time (sec) %Example 7 Root-locus analysis rlocus(gz*kz)0.64 0.5 0.34 0.1630 0.76250.86 20150.9410 0.985 50.6π/T 0.5π/T 0.4π/T 0.7π/T0.8π/T 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.10.3π/T 0.2π/T 0.9π/T0.1π/Tπ/T π/T0.9π/T 0.1π/T 0.8π/T0.2π/T 0.7π/T0.3π/T 0.6π/T 0.5π/T0.4π/T System: ta Rise Time (sec): 0.8 System: ta Final Value: 1System: ta Settling Time (sec): 2.7 System: ta Peak amplitude: 1.07 Overshoot (%): 6.87 At time (sec): 1.8 A m p l i t u d e%Example 8 Root-locus analysis in page 56numg=[1 0.5];deng=conv([1 -0.5 0],[1 -1 0.5]);sys_z=tf(numg,deng,-1)rlocus(sys_z)%Example 9 Root-locus analysis in page 57numg=[1];deng=[1 4 0];ts=0.25sys_s2=tf(numg,deng)sys_z2=c2d(sys_s2,ts,'imp')rlocus(sys_z2)%Example 10 Analysis of frequency response and roots locus in page 59a=1.583e-7;k=[1e7,6.32e6,1.65e6];w1=-1;w2=1;ts=0.1;v=logspace(w1,w2,100);deng=[1.638 1 0];numg1=k(1,1)*a*[-1 1]numg2=k(1,2)*a*[-1 1]numg3=k(1,3)*a*[-1 1]sys_s1=tf(numg1,deng)sys_s2=tf(numg2,deng)sys_s3=tf(numg3,deng)bode(sys_s1,sys_s2,sys_s3,v),grid onBode Diagram4020-20-40-90-135-180-225 -2701010 10 Frequency (rad/sec)% k parameter is gain value of open system%Up-bound value of k parameter is determined according to roots locusnumg=1.2e-7*[1 1]P h a s e (d e g ) M a g n i t u d e (d B )deng=conv([1 -1],[1 -0.242]);sys_z2=tf(numg,deng,ts)rlocus(sys_z2),grid on五、实验报告要求：根据实验内容进行如下分析：1.S 平面与Z 平面不同位置的映射关系分析；2.系统阶跃响应参数（时域指标）分析，如上升时间和超调量等，及其与S/Z 平面的对应关系；3.离散系统根轨迹分析；4.离散系统Bode 图分析；5.对离散系统相对稳定性的进一步思考。
验实验报告离散控制系统的性能分析及设计
实验报告离散控制系统的性能分析及设计一．实验目的：熟悉MATLAB环境下的离散控制系统性能分析；二．实验原理及实验内容1. 数学模型的确定及系统分析：已知采样控制系统，如图所示，若采样周期T＝1s，K=10，（1）求闭环z传函；（2）求单位阶跃响应；（3）判定系统稳定性；（4）确定系统的临界放大系数；图1（1）计算闭环Z传函ds1=tf(10,[1 1 0]);Ts=1;dg1=c2d(ds1,Ts,'zoh')dgg=feedback(dg1,1)Transfer function:3.679 z + 2.642----------------------z^2 - 1.368 z + 0.36793.679 z + 2.642--------------------z^2 + 2.311 z + 3.01（2）求系统单位阶跃响应C（z）=R*GY=3.6788-2.18020.2851712.225-22.78922.18223.66-115.13201.15-111.95-1.1555 + 1.2943i -1.1555 - 1.2943i ans =1.73501.7350（4）临界稳定将上述系统改变采样周期，T=0.1s,确定系统稳定的K 值范围；Root LocusReal AxisI m ag i n a r y A x i s-6-5-4-3-2-101-2-1.5-1-0.50.511.52附录：最小拍系统设计原理及实例：图21）最少拍系统的设计目标是：设被控对象)(0z G 无延迟且稳定，设计)(z G D ，要求系统在典型输入作用下，经最少采样周期（有限拍）后输出序列在各采样时刻的稳态误差为零，达到完全跟踪的目的。
2）原理证明：设)(0s G 的z 变换为)(0z G ，由图1可以求出系统的闭环脉冲传递函数 )()(1)()()()()(00z G z G z G z G z R z C z D D +==Φ (1) 以及误差脉冲传递函数)()(11)()()(0z G z G z R z E z D e +==Φ (2) 典型输入可表示为如下一般形式mz z A z R )1()()(1--=其中，)(z A 是不含)1(1--z 因子的1-z 多项式。
第4章控制算法模拟调节器离散化方法
σ=1 Rez
S平面
第4章控制算法模拟调节器离散化
Z平面
22
方法
前向差分法有可能将S平面的稳定极点映射到Z平面的单 位圆外 ——原来设计的在模拟条件下稳定的系统，利用前向差分转变 为数字控制器后，系统可能变得不稳定。 故一般不用前向差分法。
第4章控制算法模拟调节器离散化
23
方法
（2） 后向差分法
2
2
离散后的控制器脉冲传递函数
D(z)U(z) E(z)
2
1 z1a
T z1
2z1 21z1
令
sTz1T1z1
(4.3)
第4章控制算法模拟调节器离散化
30
方法
则D(z)与模拟调节器GC(s)具有相同的形式。 ——可认为从s平面到z平面的映射函数为
D(z)GC(s)s2z1 Tz1
(4.4)
考察该映射对稳定性的影响。
u(kT)，再经数/模转换及保持器转换为连续控制量u(t)，作 用到连续的被控对象上，以控制被控对象的输出y(t)。
第4章控制算法模拟调节器离散化
2
方法
设计计算机控制系统，主要是设计数字控制器，使图所示的闭 环控制系统既要满足系统的期望指标，又要满足实时控制的要 求。
注：现在的计算机控制系统：一般给定信号是数字信号
第4章控制算法模拟调节器离散化
7
方法
主要方法： 依据性能指标要求，可以基本确定闭环传递函数。 有了开环传递函数G(s) 有了闭环传递函数GB(s) 或叫做 Φ(s)
(s) D(s)G(s) 1D(s)G(s)
设计过程就是寻找D(s)，使得在该调节器（控制器）的作用下， 闭环系统的性能满足我们的要求。
数字控制系统的离散化方法
数字控制系统的离散化方法介绍本文将讨论数字控制系统的离散化方法。
数字控制系统是一种使用数字信号来控制机械设备的系统，离散化方法是将连续信号转化为离散信号的过程。
连续信号与离散信号在数字控制系统中，连续信号是指在时间和幅度上都是连续变化的信号。
而离散信号则是在时间和幅度上是间断的，仅在某些特定时间点有取值。
离散化方法将连续信号转化为离散信号，以便在数字控制系统中进行处理和控制。
离散化方法采样采样是离散化方法的第一步。
在采样过程中，连续信号按照一定的时间间隔进行取样，得到一系列离散的值。
通常，采样频率越高，离散信号的表示越精确，但同时也增加了系统处理的复杂性。
量化量化是离散化方法的第二步。
在量化过程中，采样所得到的离散值被映射到一定的离散值集合中。
这个离散值集合通常由有限数量的离散级别组成，每个级别代表了一定的数值范围。
量化的目的是减少离散信号的表示空间，以及减少系统处理的计算量。
编码编码是离散化方法的最后一步。
在编码过程中，通过对离散值进行编码，将其转化为适合数字控制系统处理的二进制信号。
常见的编码方法包括二进制码、格雷码等。
编码的目的是方便数字控制系统对离散信号进行处理、传输和存储。
结论离散化方法是数字控制系统中将连续信号转化为离散信号的重要过程。
它包括采样、量化和编码三个步骤。
通过离散化，可以使得数字控制系统更好地处理和控制机械设备，提高系统的性能和可靠性。
以上是数字控制系统的离散化方法的简要介绍和说明。
*注意：本文只是对离散化方法进行了简要介绍，并未涉及具体实施细节和技巧。
具体实施时，应按照相关规范和要求进行。
计算机控制实验报告-离散化方法研究解析
东南大学自动化学院实验报告课程名称：计算机控制技术第 2 次实验实验名称：实验三离散化方法研究院（系）：自动化学院专业：自动化姓名：学号：实验室：416 实验组别：同组人员：实验时间：2014年4月10日评定成绩：审阅教师：一、实验目的1．学习并掌握数字控制器的设计方法（按模拟系统设计方法与按离散设计方法）；2．熟悉将模拟控制器D(S)离散为数字控制器的原理与方法（按模拟系统设计方法）；3．通过数模混合实验，对D(S)的多种离散化方法作比较研究，并对D(S)离散化前后闭环系统的性能进行比较，以加深对计算机控制系统的理解。
二、实验设备1．THBDC-1型控制理论·计算机控制技术实验平台2．PCI-1711数据采集卡一块3．PC机1台(安装软件“VC++”及“THJK_Server”)三、实验原理由于计算机的发展，计算机及其相应的信号变换装置（A/D和D/A）取代了常规的模拟控制。
在对原有的连续控制系统进行改造时，最方便的办法是将原来的模拟控制器离散化。
在介绍设计方法之前，首先应该分析计算机控制系统的特点。
图3-1为计算机控制系统的原理框图。
图3-1 计算机控制系统原理框图由图3-1可见，从虚线I向左看，数字计算机的作用是一个数字控制器，其输入量和输出量都是离散的数字量，所以，这一系统具有离散系统的特性，分析的工具是z变换。
由虚线II向右看，被控对象的输入和输出都是模拟量，所以该系统是连续变化的模拟系统，可以用拉氏变换进行分析。
通过上面的分析可知，计算机控制系统实际上是一个混合系统，既可以在一定条件下近似地把它看成模拟系统，用连续变化的模拟系统的分析工具进行动态分析和设计，再将设计结果转变成数字计算机的控制算法。
也可以把计算机控制系统经过适当变换，变成纯粹的离散系统，用z变化等工具进行分析设计，直接设计出控制算法。
按模拟系统设计方法进行设计的基本思想是，当采样系统的采样频率足够高时，采样系统的特性接近于连续变化的模拟系统，此时忽略采样开关和保持器，将整个系统看成是连续变化的模拟系统，用s域的方法设计校正装置D(s)，再用s域到z域的离散化方法求得离散传递函数D(z)。
计算机控制系统的离散化设计
前言《计算机控制系统》系统地论述了计算机控制系统的结构、原理、设计和应用，既有理论分析也有应用实例，论述了直接数字控制系统（DDC）、集散控制系统（DCS）、现场总线控制系统（FCS)和可编程控制器系统（PLS或PLC）4类典型的计算机控制系统。
直接数字控制系统（DDC)是计算机控制的基础，本书深入论述了DDC系统的形成、发展、体系结构、控制算法、硬件、软件、设计和应用，分析了DDC系统的输入、输出、控制和运算功能，并引入了功能块及组态的概念；集散控制系统（DCS）是计算机控制的主流系统，本书概述了DCS的产生、发展、特点和优点，论述了DCS的体系结构、控制站、操作员站、工程师站和应用设计，分析了DCS的分散控制和集中管理的设计思想，以及分而自治和综合协调的设计原则。
通过本课程设计，使学生能较好的使用离散化设计方法对被控对象进行校正分析；对计算机控制系统DDC设计过程中的方案设计有初步了解，通过该设计在一定程度上使学生对计算机控制系统所学知识进行整合，使其得到一次全面、系统、独立的培养。
目录第一章计算机控制系统的离散化设计 (1)1.1有限拍设计 (1)1.1.1有限拍设计的概述 (1)1.1.2 有限拍调节器 (2)1.1.3 采样频率的选择 (2)1.2 有限拍无纹波设计 (3)1.2.1 有限拍无波纹设计概述 (3)1.2.2有限拍无纹波设计实例 (3)本章小结 (5)第二章 DDC系统的设计和应用 (6)2.1.DDC系统的设计 (6)2.1.1 DDC系统的设计原则 (6)2.1.2 DDC系统的设计过程 (6)2.2.DDC系统的应用 (6)2.2.1.DDC系统的应用设计 (6)2.2.2.DDC系统的应用实例 (6)本章小结 (13)总结 (14)参考文献 (15)第一章 计算机控制系统的离散化设计计算机控制系统的设计，是指在给定系统性能指标的条件下，设计出数字调节器，使系统达到要求的性能指标。
连续控制器离散化方法
模拟(连续)控制器系统
计算机(离散)控制器系统
离散控制器等效控制系统
采用连续与离散控制器的系统系阶越响应的区别
例：已知某系统被控对象的传递函数为 要求设计控制器，使满足性能指标： ①闭环稳定 ②过渡过程时间Ts≤3s ③阶跃响应超调量δ≤5% 设计满足上述要求的数字控制器D(Z)（取采样周期 T=0.2秒，采用双线性近似法） 解： 模拟控制器设计过程略，得到的模拟控制器为：
D( s ) 16 s 2.1 s 8
( k 1)T kT
u ( ) d
T [u (( k 1)T ) u ( kT )] 2
T z 1 u ( kT ) 2 z 1 1 T z 1 2 z 1 , s s 2 z 1 T z 1 2 z 1 ) C ( Cd ( z ) C ( s ) T z 1
Cd ( z) 的极点为
1 aT 1
稳定
（3）Tustin法
aT aT a z 1 2 Cd ( z ) 2 2 z 1 aT aT aT aT a (1 )z ( 1) 1 1 T z 1 2 2 2 z 2 aT 1 2 ( z 1)
( s b1 )( s b2 ) ( s bm ) C (s) k ( s a1 )( s a2 ) ( s an ) ( z 1)d 1 ( z eb1T )( z eb2T ) ( z ebmT ) Cd ( z ) kd ( z e a1T )( z e a2T ) ( z e anT )
例：分别用前向差分、后向差分、Tustin法对 进行离散化 （1）前向差分
a aT z 1 a z 1 aT T Cd ( z) 的极点为 1 aT Cd ( z )
计算机数字控制器的离散化设计方法
目录
• 引言 • 离散化设计的基本概念 • 离散化设计的实现 • 离散化设计的应用 • 离散化设计的优势与挑战
01
引言
背景介绍
计算机数字控制器是工业自动化系统中 的重要组成部分，用于控制各种物理量 ，如温度、压力、流量和位置等。
离散化设计是实现计算机数字控制器的一种 重要方法，它能够将连续的控制问题离散化 ，从而简化设计过程并提高控制精度。
连续设计
在连续设计中，控制算法是在连续时间域中设计的，通常使用微分方程或传递 函数表示。这种设计方法通常需要使用模拟计算机或模拟器进行仿真和实现。
离散化设计
离散化设计是将连续时间系统转换为离散时间系统，以便在数字计算机上实现。 离散化设计使用差分方程或离散时间系统的状态方程表示系统。这种设计方法 通常使用数字计算机进行实现和仿真。
未来研究可以进一步探讨离散化设计与连续时间系 统之间的关系，以更好地理解离散化设计的原理和 应用。
发展自适应离散化设计方 法
针对不同的应用需求和系统特性，未来研究 可以发展自适应的离散化设计方法，以实现 更好的系统性能。
THANKS
感谢观看
离散化设计的方法和步骤
采样
采样是将连续时间信号转换为离散时间信号的过程。采样 率决定了离散化系统的精度和性能。
量化
量化是将连续变量转换为离散变量的过程。量化误差是由 于将连续信号转换为离散信号而引入的误差。
差分方程建模
差分方程是描述离散时间系统的数学模型。通过建立差分 方程，可以描述离散时间系统的动态行为。
离散化设计在机器人控制中还可以实现快速响应和精确控 制，从而提高机器人的运动性能和作业效率。
在航空航天控制中的应用
离散实验报告
离散实验报告离散实验报告概述：离散实验是一种基于离散数学原理的实验方法，旨在通过实际操作与观察，验证离散数学理论的正确性与应用性。
本报告将围绕离散实验的目的、方法、结果与分析展开，以期为读者提供一份全面的实验报告。
实验目的：离散实验的目的在于通过实际操作，验证离散数学理论在现实世界中的应用。
具体来说，本次实验旨在验证集合论、图论以及逻辑推理等离散数学的基本概念与原理在实际问题中的有效性。
实验方法：本次实验采用了多种实验方法，包括实地观察、数据收集与分析、计算机模拟等。
首先，我们选择了几个实际问题，如社交网络中的好友关系、物流网络中的最短路径问题等，以验证图论在解决网络问题中的可行性。
然后，我们进行了一系列数据收集，包括好友关系的网络拓扑结构、物流网络中各节点之间的距离等。
最后，我们利用计算机模拟工具，如Python编程语言，实现了离散数学中的算法，如Dijkstra算法、最小生成树算法等，来解决实际问题。
实验结果与分析：通过本次实验，我们得出了一系列实验结果，并对其进行了深入的分析。
首先，在社交网络中的好友关系实验中，我们发现图论中的邻接矩阵与邻接表等数据结构能够很好地表示好友关系，并且通过深度优先搜索与广度优先搜索等算法，能够高效地找到两个人之间的联系路径。
其次，在物流网络中的最短路径实验中，我们发现Dijkstra算法能够快速地找到两个节点之间的最短路径，并且通过最小生成树算法，能够有效地规划物流网络的布局，降低总体成本。
结论：通过本次离散实验，我们验证了离散数学理论在实际问题中的应用性与有效性。
图论、集合论以及逻辑推理等离散数学的基本概念与原理，为解决实际问题提供了有力的工具与方法。
通过实地观察、数据收集与分析、计算机模拟等实验方法，我们得出了一系列实验结果，并对其进行了深入的分析。
我们相信，离散实验的结果将为离散数学的研究与应用提供有力的支持与参考。
展望：离散实验作为一种验证离散数学理论的有效方法，具有广阔的发展前景。
计算机控制系统第4章计算机控制系统的离散化设计方法
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2.振铃幅度RA
用振铃幅度RA来衡量振铃强弱的程度。
它的定义是，在单位阶跃输入作用下，数字控制器D(z)的第0次输
e() lim e(k) lim (1 z 1)E(z)
k
z1
e (z)
E(z) R(z)
1
(z)
1
1 D(z)G(z)
一般控制系统有三种典型输入形式：
（1）单位阶跃输入：
R(
z)
1
1 z
1
（2）单位速度输入：
R(z)
Tz 1 (1 z 1)2
（3）单位加速度输入：
R(z)
T
2 z1(1 z1) 2(1 z1)3
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三、 Dahlin算法的设计步骤
(1)确定闭环系统的T0和振铃幅度RA指标； (2)确定RA与T的关系，尽量选择较大的T； (3)确定N=τ/T； (4)求G(z)和φ (z)； (5) 求D(z)。
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本章内容结束
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D(z) (z) G(z)[1 (z)]
将Φ(z)代入上式，便得到Dahlin控制器D(z)的基本形式
z (N1) (1 eT T0 ) D(z) G(z)[1 z 1eT T0 z (N1) (1 eT T0 )]
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计算机控制系统的连续域-离散化设计
(4) 以下述传递函数为例,证明预修双线性变换方法可以保证在指定频率处连续 环节与等效离散环节频率特性模值与相角相等.
D (s) 10 s 10
令关键频率为 1 10
D ( j1 ) 10 1 0.707 3db 2
频率特性 1 10 模值为 频率特性 1 10 相角为 预修正双线性变换为
D (s) s a
解:该环节没有有限极点,但认为有一个无限极点,因此可得
D( z ) k
( z e aT ) ( z 1)
根据低频增益相等方法确定增益:
D (1) k
k
1 e aT D(0) a 11
2a 1 e aT
因此有
D( z )
2a ( z e aT ) 1 e aT ( z 1)
s s 10 s
s ,取 T=0.02s,关键频率为 1 10 ,预修正双线性变 s 10
10 z 1 10 0.02 z 1 tg 2
0.909( z 1) .频率特性如图 4-1 所示.从图 4-1 可见, ( z 0.817)
低频特性相近,且可以保证在关键频率 1 10 处频率特性相等, 但高频特性相差 较多.
D( z )
12 102
1 D ( j ) tg 1 450 1 10 s 10 s 10 10 z 1 10 10T z 1 tg 2
10 z 1 10T z 1 tg 2
D (e j10T )
10 10 1 j10T 10 10T 10 e 1 jtg 10 1 j 10 j10T 10T 10T e 2 1 tg tg 2 2
计算机控制系统的连续域-离散化设计
--每种变换方法零点、极点的数目; --每种变换方法的应用特点. (2) 要注意,各种变换方法特性不同,各有优缺点. 但不管哪种方法, 变换后所 得等效环节与连续环节特性相比均有畸变,畸变程度与采样周期、环节本身特性 有关,很难说哪种是最好的.但 TUSTIN 变换方法与其它几种方法相比,由于其具 有较好特性,应用较多，一阶向后差分和匹配 z 变换方法也有较多应用。 (3) 各种变换公式本质上都是 z 变换的特殊简化形式，变换后特性优于 z 变 换。Matlab 软件提供了变换的算法和指令。 3）PID 离散方法 PID 控制器作为单输入/单输出系统的一种有效的控制方法已经沿用了很多 年，目前仍然被广泛应用着，由于它同时可以兼顾系统的动态、静态特性而受到 广大控制工程师的青睐。 对于计算机控制系统来说， 主要工作是将如何将连续域 的 PID 控制律离散化以及如何对其进行改进。主要应注意掌如下几方面问题: (1) 要牢记位置式及增量式两种基本 PID 离散公式以及各自的优缺点.一般说 采用增量式算法较为有效，较为简单,但需要增加计算机外的积分过程。应用中， 比例控制器（P 控制）较容易调节；一般很难直接采用微分（D）控制器，积分 （I）控制也需要调节. (2) 要注意利用计算机功能改进数字 PID 算法的几种方法,其中特别注意: --产生积分饱和的机理及抗积分饱和各种方法 , 其中要熟悉积分分离的具体 算法; --为克服 PID 算法中微分控制作用的缺点,常用的改进微分算法; --工程应用时所采用的其它措施. (3) 要注意工业中采用 PID 算法时,主要参数并不是通过理论计算所得,主要 是在对被控过程特性测试的条件下,依经验进行现场调试所得,所以应对几种常用 的 PID 参数整定方法有所了解. 2 重点与难点问题说明 (1) 由于将连续控制系统转换为计算机控制系统时在系统中需加入零阶保持 器,而零阶保持器是一相位滞后环节 , 因此会使系统特性变坏, 为此在连续域设计 时要检查加入零阶保持器后系统特性,如果影响较大则应加入适当的补偿,或者减
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东南大学自动化学院实验报告课程名称：计算机控制技术第 2 次实验实验名称：实验三离散化方法研究院（系）：自动化学院专业：自动化姓名：学号：实验室：416 实验组别：同组人员：实验时间：2014年4月10日评定成绩：审阅教师：一、实验目的1．学习并掌握数字控制器的设计方法（按模拟系统设计方法与按离散设计方法）；2．熟悉将模拟控制器D(S)离散为数字控制器的原理与方法（按模拟系统设计方法）；3．通过数模混合实验，对D(S)的多种离散化方法作比较研究，并对D(S)离散化前后闭环系统的性能进行比较，以加深对计算机控制系统的理解。
二、实验设备1．THBDC-1型控制理论·计算机控制技术实验平台2．PCI-1711数据采集卡一块3．PC机1台(安装软件“VC++”及“THJK_Server”)三、实验原理由于计算机的发展，计算机及其相应的信号变换装置（A/D和D/A）取代了常规的模拟控制。
在对原有的连续控制系统进行改造时，最方便的办法是将原来的模拟控制器离散化。
在介绍设计方法之前，首先应该分析计算机控制系统的特点。
图3-1为计算机控制系统的原理框图。
图3-1 计算机控制系统原理框图由图3-1可见，从虚线I向左看，数字计算机的作用是一个数字控制器，其输入量和输出量都是离散的数字量，所以，这一系统具有离散系统的特性，分析的工具是z变换。
由虚线II向右看，被控对象的输入和输出都是模拟量，所以该系统是连续变化的模拟系统，可以用拉氏变换进行分析。
通过上面的分析可知，计算机控制系统实际上是一个混合系统，既可以在一定条件下近似地把它看成模拟系统，用连续变化的模拟系统的分析工具进行动态分析和设计，再将设计结果转变成数字计算机的控制算法。
也可以把计算机控制系统经过适当变换，变成纯粹的离散系统，用z变化等工具进行分析设计，直接设计出控制算法。
按模拟系统设计方法进行设计的基本思想是，当采样系统的采样频率足够高时，采样系统的特性接近于连续变化的模拟系统，此时忽略采样开关和保持器，将整个系统看成是连续变化的模拟系统，用s域的方法设计校正装置D(s)，再用s域到z域的离散化方法求得离散传递函数D(z)。
为了校验计算结果是否满足系统要求，求得D(z)后可把整个系统闭合而成离散的闭环系统。
用z域分析法对系统的动态特性进行最终的检验，离散后的D(z)对D(s)的逼真度既取决于采样频率，也取决于所用的离散化方法。
离散化方法虽然有许多，但各种离散化方法有一共同的特点：采样速率低，D(z)的精度和逼真度越低，系统的动态特性与预定的要求相差就越大。
由于在离散化的过程中动态特性总要变坏，人们将先设计D(s)再进行离散化的方法称为“近似方法”。
按离散设计方法设计的基本思想是，直接在z 域中用z 域频率响应法、z 域根轨迹法等方法直接设计数字控制器D(z)。
由于离散设计方法直接在z 域设计，不存在离散化的问题，所以只要设计时系统是稳定的，即使采样频率再低，闭环系统仍然是稳定的。
这种设计方法被称为“精确方法”。
本次实验使用按模拟系统设计方法进行设计。
下面以一个具体的二阶系统来说明D(S)控制器的离散化方法。
1、二阶系统的原理框图如图3-2所示。
图3-2 二阶对象控制系统方框图图3-3 二阶对象的模拟电路图2、系统性能指标要求系统的速度误差系数2≥v K ，超调量%10%≤δ，系统的调整时间1≤s t s令校正后的开环传递函数为)2()(2n n S S S G ξωω+=根据公式21%100%e ζδ--=⨯，为满足%10%≤δ，取2ζ=可以满足要求。
根据公式3s nt ζω≈，取5∆=，为满足1≤s t s ，取32n ω=。
则校正后的开环传递函数为3()(0.1671)G s s s =+，已知二阶对象传递函数为05()(0.51)G s s s =+，可用零极点抵消的方法来设计校正网络D(s)，所以校正网络ssS D 167.015.016.0)(++⨯= 。
此时03lim ()lim 32(0.1671)v s s K s G s ss s →→=⋅==>+，满足速度误差系数2≥vK 的条件。
利用Simulink 对校正前后系统进行仿真，并记录阶跃响应曲线。
3、)(S D 的离散化算法图3-4 数—模混合控制的方框图图3-4中)(S D 的离散化可通过数据采集卡的采样开关来实现。
下面介绍几种按模拟系统设计的几种设计方法。
1）后向矩形规则法后向矩形规则S 与Z 之间关系为Tz S 11--=，代入D(S)表达式中得 1111167.0167.015.05.0167.06.01167.0115.016.0)(----+--+⨯+=-+-+⨯=Z T Z T T TZT Z Z D 于是得)1(167.03.0)(167.05.06.0)1(167.0167.0)(-+-++⨯+-+=k e T k e T T k U T k U2）双线性变换法此时的转换关系为111121122121--+-⨯=+-⨯=⇒-+≈z z T S Z Z T S s T s T Z 或，代入D(s)得 )1(334.0)1()1()1(6.011T 20.167111T 20.516.0D(Z)11111111---------++++-⨯=+-⨯⨯++-⨯⨯+=Z Z T T Z Z Z Z Z Z1111334.0334.01)1()1(334.06.0)334.0()334.0()1()1(6.0)(----+----+⨯+=--+--+⨯=Z TT Z T T T Z T T Z T T Z D即 )1(334.016.0)(334.016.0)1(334.0334.0)(-+-⨯-++⨯+-+-=k e TTk e T T k U T T k U3）冲激不变转换法 如果用零阶保持器，则1()[()]sTe D z D s s--=Z1()()(1)[]D s D z z s-=-Z 根据前面已知10.5()0.610.167sD s s+=⨯+则110.5()0.6(1)[](10.167)sD z z s s -+=⨯-Z +11 1.94()0.6(1)[]5.88D z z s s -=⨯-Z ++5.8815.8812.94(1.94)()0.61T T e z D z e z-----+=⨯- 即 1)]-)e(k (1.94-2.94e(k)[6.01)-U(k U(k)88.588.5T T e e --+⨯+= 4）零极点匹配法已知10.5()0.610.167sD s s+=⨯+极点16S =-，零点22S =-，对应到Z 域，极点61T Z e -=，零点22TZ e -=，由于零点数等于极点数，故可省略匹配零点与极点相等这一步骤。
则在离散域传递函数变为26()()T TK z e D z z e---=- 由10()|()|z s D z D s ===得2610.61T Te K e ---⨯=-，求得6210.61TTe K e ---=⨯-，则 6262126261111()0.60.6111T T T T T T T T e z e e e z D z e z e e e z --------------⋅=⨯⨯=⨯⨯----⋅即66221()(1)0.6[()(1)]1TTT Te U k e U k e k e e k e-----=-+⨯⨯-⋅-- 四、实验步骤1、仔细阅读“PCI-1711数据采集卡驱动函数说明.doc ”和“THJK-Server 软件使用说明.doc ”文档，掌握PCI-1711数据采集卡的数据输入输出方法和THJK-Server 软件（及相关函数）的使用方法。
2、模拟电路接线图如图3-5所示：图3-5 模拟电路接线图下面解释硬件电平匹配电路存在的原因，由于PCI-1711卡的DA 输出只能为0~10V 的正电压，而实验中则需要输出-10~10V 的电压，故先将-10~10V 的输出电压o U 进行软件电压匹配，将其转换为0~10V 的正电压由DA1通道输出，转换关系为11(10)2DA o U U =+，如表3-1所示：表3-1 （范围为-10V~10V ）与1DA U （范围为0~10V ）的对应关系这样就把-10~10V 电压转换为0~10V 电压通过DA1通道输出了，然后再将此电压通过图3-5中的硬件电平匹配电路，还原为-10~10V 的电压，不难看出，此硬件电平匹配电路的转换关系为112(5)DA DA U U '=-，1DA U '为1DA U 在通过硬件匹配电路后的输出电压。
此电平匹配方法实际作用是克服了PCI-1711卡只能输出0~10V 单极性电压的不足。
3、用导线将系统的输入端连接到PCI-1711数据采集卡的“DA1”输出端，系统的输出端与数据采集卡的“AD1”输入端相连；4、用导线将阶跃信号发生器输出端连接到PCI-1711数据采集卡的“AD2”输入端，作为阶跃触发使用，阶跃幅度由软件设定。
初始时，+5V 电源开关处于“关”状态；5、根据给定的性能指标要求，根据不同的方法设计离散化数字控制器（此步可在预习过程中做完）。
6、打开离散化实验文件夹下．dsw 工程文件，源程序中缺少数字控制器算法程序。
请同学用设计好的数字控制器算法编写程序。
7、源程序编译通过后，先启动“THJK_Server ”图形显示软件，再执行程序代码，在显示界面出现的曲线并稳定后（初始化后），把+5V 电源打到“开”状态，观测并记录系统的阶跃响应曲线。
在实验结束后，在键盘上先按下“e ”，再按下“Enter （回车键）”键，程序退o U-10V -7.5V -5.0V -2.5V 0V 2.5V 5V 7.5V 10V DA10V1.25V2.5V3.75V5.0V6.25V7.5V8.75V10V出。
8、采用不同的离散化方法，重复步骤6、7，比较采用各种离散化方法后的阶跃响应曲线。
9、利用Simulink 对校正前后的系统进行仿真，并记录阶跃响应曲线，将校正前后曲线进行比较，并把校正后曲线与前面步骤7、8中采用数字控制器的实验曲线相比较；五、实验记录1. 采用不同离散化方法并绘制阶跃响应曲线 （1）后向矩形规则法由后向矩形规则法计算有：)1(167.03.0)(167.05.06.0)1(167.0167.0)(-+-++⨯+-+=k e T k e T T k U T k U对应控制器编程为： ei=sv-fVoltage; //控制偏差output=0.167/(Ts+0.167)*opx+0.6*((Ts+0.5)/(Ts+0.167))*ei-0.3/(Ts+0.167)*eix; eix=ei;opx=output;设置不同的采样周期T ：①T=0.1s②T=1s ：③T=0.01s ：结果分析：后向矩形法离散后控制器的时间响应与频率响应，与连续控制器相比有相当大的畸变。